化工原理第九章 吸收

*第九章吸收一、吸收的有关概念二、吸收在工业上的应用三、吸收的分类四、吸收的流程和溶剂五、相组成表示方法第一节概述*传质过程：物质在相际间的转移——物质传递过程传质过程的依据：混合物中各组分在两相间平衡分配不同。以传质过程为特征的单元操作在化工升中应用甚广。如：(1)气体吸收：依据气体组分在液相中的溶解度差别来处理气体混合物。(2)液体蒸馏:加热液体混合物，利用混合物不同组分挥发性的差异，使得液体混合物得以分离。(3)液液萃取：液体组分在溶剂中的溶解度差别来分离液体混合物。(4)固体干燥：对含有一定湿份（液体）的固体提供一定的热量，使之汽化，从固体的表面或内部转入气相。一、吸收的有关概念*混合气体与适当的液体接触，气体中的一个或几个组分溶解在该液体内形成溶液，不能够溶解的组分则保留在气相中，这样使得原混合气体得以分离。这种利用各组分溶解度不同而分离气体混合物的操作称为吸收。混合气体中能溶解的组分称为溶质，以A表示；不被吸收的组分称为惰性组分，以B表示；吸收操作所用的溶剂称为吸收剂，以S表示。*二、吸收在工业上的应用1.分离混合气体以获得一定的组分;（液态烃处理裂解气回收其中的乙烯、丙烯等）2.除去有害组分以净化或精制气体;（用水或碱液脱除合成氨原料气中的二氧化碳）3.制备某种气体的溶液;（用水吸收氯化氢制取盐酸、用水吸收甲醛以制备福尔马林溶液等）4.工业废气的治理。（工业废气中含有的SO2、NOx等有害成分需在排放前进行处理）*三、吸收的分类1.物理吸收和化学吸收；溶质与溶剂是否有明显的化学反应发生2.单组分吸收和多组分吸收；被吸收的组分的数目3.等温吸收和非等温吸收；热效应是否显著或设备散热状况4.高浓度吸收和低浓度吸收。混合物中气体的浓度*四、吸收的流程、溶剂的选择吸收与解吸流程含苯煤气脱苯煤气洗油苯水过热蒸汽加热器冷却器*1.溶解度：对溶质组分应具有较大的溶解度2.选择性高：对混合气体中的其他组分基本不吸收3.挥发性小：减少溶剂的用量，避免引入新杂质4.黏度低：便于运输；比热小：再生时节能；发泡性低：减少设备的尺寸。5.腐蚀性低：减少设备费用。6.化学稳定性高；7.无毒、无害、价廉、易于再生等。溶剂选择要求：总的选择原则是：经济、合理。*五、相组成表示法1、质量分数与摩尔分数质量分数：在混合物中某组分的质量占混合物总质量的分数。摩尔分数：在混合物中某组分的摩尔数占混合物总摩尔数的分数。*气相：液相：质量分数与摩尔分数的关系：*2、质量比与摩尔比质量比：混合物中某组分A的质量与惰性组分B（不参加传质的组分）的质量之比。摩尔比：混合物中某组分的摩尔数与惰性组分摩尔数之比。气相：液相：*质量分数与质量比的关系：摩尔分数与摩尔比的关系：*3、质量浓度与物质的量浓度质量浓度：单位体积混合物中某组分的质量。物质的量浓度：单位体积混合物中某组分的摩尔数。质量浓度与质量分数的关系：浓度与摩尔分数的关系(c为混合物的总浓度)*4、气体总压与理想气体中组分的分压总压与某组分分压之间的关系:摩尔比与分压之间的关系:摩尔浓度与分压之间的关系:*第九章吸收一、气体的溶解度二、亨利定律三、气液相平衡与吸收过程的关系第二节气液相平衡*一、气体的溶解度1、气体在液体中溶解度的概念气体在液相中的溶解度：表明一定条件下吸收过程可能达到的极限程度。2、溶解度曲线气体在液体中的饱和浓度对于单组分物理吸收，由相律知*在总压不高，P<5atm时总压不高、一定温度下液相组成是气相组成的单值函数同理，一定温度下的气相平衡分压是液相组成的函数：****吸收剂、温度T、P一定时，不同物质的溶解度不同。对于同一种气体，分压一定时，温度T越高，溶解度越小。对于同一种气体，温度T一定时，分压P越大，溶解度越大。加压和降温对吸收操作有利。*二、亨利定律1、亨利定律——稀溶液E——亨利常数，单位与压力单位一致。E值取决于物系的特性及温度；对于一定的气体和一定的溶剂，温度T上升，E值增大，溶解度下降；在同一溶剂中，E值越大的气体越难溶。2、亨利定律的其他表示形式1）用溶质A在溶液中的摩尔浓度和气相中的分压表示的亨利定律*H——溶解度系数，单位：kmol/m3·Pa或kmol/m3·atm。H是温度的函数，H值随温度升高而减小。易溶气体H值大，难溶气体H值小。溶解度系数H与亨利系数E间的关系设溶液的密度为，浓度为，则或*对于亨利定律适用的稀溶液，2)用气、液相中溶质的摩尔分数表示的亨利定律m——相平衡常数，无量纲，是温度和压强的函数。温度升高、总压下降则m值变大，m值越大，表明气体的溶解度越小。*相平衡常数m与亨利系数E的关系由分压定律知：由亨利定律：即：*3）用摩尔比Y和X分别表示气液两相组成的亨利定律a)摩尔比定义：*当溶液浓度很低时，X≈0，上式简化为：由*亨利定律的各种表达式所描述的都是互成平衡的气液两相组成间的关系，他们既可以用来根据液相组成计算平衡的气相组成，同样可用来根据气相组成来计算平衡的液相组成，于是上述几种表达式可改写为：（稀溶液）*例：在常压及20℃下，测得氨在水中的平衡数据为：0.5gNH3溶于100gH2O形成的稀氨水溶液，溶液上方的平衡分压为400Pa，在该浓度范围下相平衡关系可用亨利定律表示，试求亨利系数E，溶解度系数H，及相平衡常数m。（氨水密度可取为1000kg/m3）*∴亨利系数为∴相平衡常数解：由亨利定律表达式知：又，而*∴溶解度系数为：或由各系数间的关系求出其它系数*三、气液相平衡与吸收过程的关系1、判断过程的方向例：在101.3kPa，20℃下,稀氨水的气液相平衡关系为：，若含氨0.094摩尔分数的混合气和组成的氨水接触,确定过程的方向。解：用相平衡关系确定与实际气相组成成平衡的液相组成*将其与实际组成比较：∴气液相接触时，氨将从气相转入液相，发生吸收过程。或者利用相平衡关系确定与实际液相组成成平衡的气相组成将其与实际组成比较：∴氨从气相转入液相，发生吸收过程。若含氨0.02摩尔分数的混合气和x=0.05的氨水接触，则*气液相接触时，氨由液相转入气相，发生解吸过程。此外，用气液相平衡曲线图也可判断两相接触时的传质方向具体方法：已知相互接触的气液相的实际组成y和x，在x-y坐标图中确定状态点，若点在平衡曲线上方，则发生吸收过程；若点在平衡曲线下方，则发生解吸过程。*2、吸收过程的推动力3、确定过程的极限所谓过程的极限是指两相充分接触后，各相组成变化的最大可能性。对于吸收(脱吸)而言，其极限为气液相平衡。、y-y*、x*-x、、Y-Y*·APYY*XX**组成为y1的混合气塔高无限减少吸收剂用量L塔底x1增加极限组成为：组成为y1的混合气塔高无限增加吸收剂用量L塔顶y2降低极限组成为：V，y2V，y1L，x2L，x1*第九章吸收一、分子扩散与菲克定律二、气相中的稳定分子扩散三、扩散系数四、对流传质五、吸收机理——双膜理论六、吸收速率方程式第三节传质机理与吸收速率*吸收过程涉及两相间的物质传递，包括三个步骤：溶质由气相主体传递到两相界面，即气相内的物质传递；溶质在相界面上的溶解，由气相转入液相，即界面上发生的溶解过程；溶质自界面被传递至液相主体，即液相内的物质传递。单相内物质传递的机理分子扩散：分子无规则的热运动而传递物质涡流扩散：流体的湍动和漩涡而传递物质*一、分子扩散与菲克定律1、分子扩散：在静止或滞流流体内部，若某一组分存在浓度差，则因分子无规则的热运动使该组分由浓度较高处传递至浓度较低处，这种现象称为分子扩散。*2）菲克定律：温度、总压一定，组分A在扩散方向上任一点处的扩散通量与该处A的浓度梯度成正比。单位面积上单位时间内扩散传递的物质量，单位：kmol/(m2.s)。2．菲克定律——用来描述扩散速率的规律1）扩散通量：DAB——组分A在B组分中的扩散系数，m2/s。理想气体：=*二、气相中的稳定分子扩散1．等摩尔相互扩散1）等摩尔相互扩散例如精馏过程JAJBTppA2pB2TppA1pB112*等摩尔相互扩散：任一截面处两个组分的扩散速率大小相等，方向相反。总压一定=JA=－JB　　DAB=DBA=D*2）传质速率单位时间通过单位固定截面的A物质量，称为A的传递速率，以NA表示。单位：kmol/(m2·s)分离变量并进行积分，积分限为：*传质速率为：对于液相则有传质速率为：NA=同理，B传质速率为为：*3）讨论（1）（2）组分的浓度与扩散距离z成直线关系。ppB1pA1pA2pB2扩散距离z0zp（3）等摩尔相互扩散发生在蒸馏过程中。*例：如图8-3，左右两个大容器内分别装有浓度不同的NH3和N2的混合物，连通管长0.61m，内径为24.4mm，系统温度为25℃，压力为101.3kPa，左侧NH3分压为20kPa，右侧NH3分压为6.67kPa，已知在系统条件下NH3-N2的扩散系数为2.3×10-5m2·s-1.试求(1)单位时间内自左容器向右容器传递的NH3的量，kmol/s；(2)连通管中与截面1相距0.305m处的NH3的分压，kPa。*例如吸收2、单向扩散(一组分通过另一“停滞”组分的扩散)1）单向扩散*总体流动中物质B向右传递的通量为而即2）传递速率设总体流动通量为N则总体流动中物质A向右的通量为：*将和代入若扩散在气相中进行，则：微分式*即分离变量后积分积分式*——漂流因数，无因次。反映总体流动对传质速率的影响。因P＞pBm，所以漂流因数积分式*3）.讨论（1）组分A的浓度与扩散距离z为指数关系（2）、——漂流因数，无因次漂流因数意义：其大小反映了总体流动对传质速率的影响程度，其值为总体流动使传质速率较单纯分子扩散增大的倍数。（3）单向扩散体现在吸收过程中。例：设法改变条件，使得前例所示的联通装置中发生NH3通过停滞的N2而向截面2稳定扩散的过程，且维持1、2截面上NH3的分压和系统的温度、压力仍与上例数值相同，再求上述问题。对于液相中的单向扩散的传质速率关系式：Csm—1、2截面上溶剂S浓度的对数均值D—溶质A在溶剂中的扩散系数*三、扩散系数扩散系数的意义：单位浓度梯度下的扩散通量，反映某组分在一定介质中的扩散能力，是物质特性常数之一；D，m2/s。D的影响因素：A、B、T、P、浓度D的来源：查手册；半经验 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 ；测定对于气体中的扩散，浓度的影响可以忽略；对于液体中的扩散，浓度的影响不可忽略，而压力的影响不显著。*四、对流传质分子扩散现象只存在与静止流体和层流流体中，而工业中常见的是物质在湍流流体中的对流传质现象，与传热相似，对流传质通常指的流体与某一界面之间的传质。对流传质包括分子扩散和涡流扩散。涡流扩散是凭借流体质点的湍动和漩涡来传递物质的现象，传质过程中，涡流扩散远大于分子扩散。*1、涡流扩散凭籍流体质点的湍动和旋涡来传递物质的现象。仿照菲克定律，涡流扩散通量为：注意：涡流扩散系数与分子扩散系数不同，不是物性常数，其值与流体流动状态及所处的位置有关。——涡流扩散系数，m2/s。——涡流扩散速率，kmol/(m2·s)；*在吸收设备内，吸收剂自上而下，混合气自下而上流过液体表面：2、对流传质流动流体与两相界面之间的传质*两股逆流的流体在液体表面进行接触传质，上图考查稳定操作状况下吸收设别内任一横截面m-n处相界面的气相一侧溶质A浓度分布情况。层流内层，溶质A的传递靠分子扩散，故分压梯度较大，p-z曲线陡峭；过渡区，受到涡流扩散的作用，分压梯度变小，p-z曲线逐渐平缓；湍流主体区，强烈的涡流扩散作用，分压梯度几乎为零，p-z为一水平线。*有效膜模型单相对流传质的传质阻力全部集中在一层虚拟的膜层内，膜层内的传质形式仅为分子扩散。有效膜厚zG由层流内层浓度梯度线延长线与流体主体浓度线相交于一点H，则厚度zG为H到相界面的垂直距离。——以分压差表示推动力的气相传质分系数，kmol/(m2·s·kPa）。(1)气相对流传质速率方程*=传质系数×吸收的推动力气相对流传质速率方程有以下几种形式：——以气相摩尔分率表示推动力的气相传质分系数，kmol/（m2·s）；——以气相摩尔比差表示推动力的气相传质系数，kmol/（m2·s）；*(2)液相对流传质速率方程液相传质速率方程有以下几种形式：kL——以液相组成摩尔浓度表示推动力的液相对流传质分系数，m／s；——以液相组成摩尔分率表示推动力的液相对流传质分系数，kmol/（m2·s）；*五、吸收机理——双膜理论1、双膜理论相互接触的气液两相间有一个稳定的界面，界面上没有传质阻力，气液两相处于平衡状态。界面两侧分别存在着两层膜，气膜和液膜。气相一侧叫气膜，液相一侧叫液膜，这两层膜均很薄，膜内的流体是层流流动，溶质以分子扩散的方式进行传质。膜外的气液相主体中，流体流动的非常剧烈，溶质的浓度很均匀，传质的阻力可以忽略不计，传质阻力集中在两层膜内。**六、吸收传质速率方程式吸收传质速率：单位面积，单位时间内吸收的溶质A的摩尔数，用NA表示，单位通常用kmol/m2.s。吸收传质速率方程：吸收速率与吸收推动力之间关系的数学式吸收速率=传质系数×推动力1、气膜吸收速率方程式*令——气膜吸收速率方程式——气膜吸收系数，kmol/(m2.s.Pa)。也可写成：*当气相的组成以摩尔分率表示时—以表示的气膜吸收系数，knoll/(m2.s)。当气相组成以摩尔比浓度表示时—以表示推动力的气膜吸收系数，kmol/(m2.s)。*2、液膜吸收速率方程式令或——液膜吸收速率方程—以为推动力的液膜吸收系数，m/s；*当液相的组成以摩尔分数表示时—以为推动力的液膜吸收系数，kmol/(m2.s)。当液相组成以摩尔比浓度表示时—以为推动力的液膜吸收系数，kmol/(m2.s)。*3、界面浓度当已知两相组成的平衡关系，如和上式联立便可求出*pcAIcipi*4、总吸收系数及相应的吸收速率方程式1）以气相组成表示总推动力的吸收速率方程式a）以△p为推动力的吸收速率方程—以为推动力的气相总传质系数，kmol/(m2.s.Pa)—与液相主体浓度c成平衡的气相分压，Pa。*b）以△y为推动力的吸收速率方程2）以液相组成表示总推动力的吸收速率方程式—以△y为推动力的气相总传质系数，kmol/(m2.s)。a）以△c为推动力的吸收速率方程—以△c为推动力的液相总传质系数，m/s*b）以△x为推动力的吸收速率方程—以△x为推动力的液相总传质系数，kmol/(m2.s)3）用摩尔比浓度为总推动力的吸收速率方程式适用条件：溶质浓度很低时a）以表示总推动力的总吸收速率方程式—以为推动力的气相总传质系数，kmol/(m2.s)*b）以表示总推动力的吸收速率方程式—以为推动力的液相总吸收系数，kmol/(m2.s)5、各种吸收系数之间的关系1）总系数与分系数的关系*由亨利定律：*分别为总阻力、气膜阻力和液膜阻力即总阻力=气膜阻力+液膜阻力同理*在溶质浓度很低时2）总系数间的关系a）气相总吸收系数间的关系*当溶质在气相中的浓度很低时b）液相总传质系数间的关系c）气相总吸收系数与液相总吸收系数的关系*3）各种分系数间的关系6、传质速率方程的分析1）溶解度很大时的易溶气体——气膜控制提高传质速率的措施：提高气体流速；加强气相湍流程度。*H较大，易溶气体气膜控制的特点：.pAGIpAicAcAi液膜控制的特点：H较小，难溶气体*2）溶解度很小时的难溶气体当H很小时，——液膜控制3）对于溶解度适中的气体吸收过程气膜阻力和液膜阻力均不可忽略，要提高过程速率，必须兼顾气液两端阻力的降低。提高传质速率的措施：提高液体流速；加强液相湍流程度。*小结：吸收速率方程与膜系数相对应的传质速率式与总系数对应的传质速率式用一相主体与界面的浓度差表示推动力用一相主体的浓度与其平衡浓度之差表示推动力**注意：吸收传质系数的单位；吸收系数与吸收推动力的正确搭配；阻力的表达形式与推动力的表达形式的对应；吸收速率方程的适用条件；各种吸收系数间的关系；气膜控制与液膜控制的条件。*【例】常压下操作吸收塔某截面上气液两相主体中分压和浓度分别为0.03atm和1kmol/m3，已知气相传质系数kG=5×10-4kmol/(m2·s·Pa)，液相传质系数kL=1.5×10-4m/s，平衡关系可用亨利定律表示，且H=73.7kmol/(m3·atm)，试计算：1）以分压差表示的总推动力、总传质系数、传质速率；2）以摩尔分数差表示总推动力的气相总传质系数；3）气膜与液膜阻力的相对大小；该过程属于什么过程。4）气液界面上的两相组成。*第九章吸收一、物料衡算与操作线方程二、吸收剂用量的确定三、塔径的计算四、填料层高度的计算五、理论板层数的计算六、吸收的操作型计算第四节吸收塔的计算*操作型：核算；操作条件与吸收结果的关系计算依据：物料衡算；相平衡；吸收速率方程。吸收塔的计算内容：设计型：流向、流程、吸收剂用量、吸收剂浓度、塔高(填料层高度)、塔径*具体的设计计算，一般的已知条件为：1）气体混合物中溶质A的组成（mol分率）以及流量kmol/(m2.s)2）吸收剂的种类及T、P下的相平衡关系；3）出塔的气体组成需要计算：1）吸收剂的用量kmol/(m2.s)；2）塔的工艺尺寸，塔径和填料层高度*一、吸收塔的物料衡算与操作线方程1、物料衡算目的：确定各物流之间的量的关系以及设备中任意位置两物料组成之间的关系。对单位时间内进出吸收塔的A的物质量作衡算V，Y2V，Y1L，X2L，X1V，YL，X逆流吸收*吸收率：混合气中溶质A被吸收的百分率2、吸收塔的操作线方程式与操作线对于逆流吸收：为了得到塔内任意截面处相互接触的气液组成间的关系，在m—n截面与塔底截面之间作组分A的衡算*——逆流吸收塔操作线方程在m—n截面与塔顶截面之间作组分A的衡算——逆流吸收塔操作线方程表明：塔内任一截面的气相浓度Y与液相浓度X之间成直线关系，直线的斜率为L/V。*逆流吸收操作线具有如下特点：XY1Y2X1X2ABY*（3）操作线仅与液气比、浓端及稀端组成有关，与系统的平衡关系、塔型及操作条件T、p无关。（2）操作线通过塔顶（稀端）A（X2，Y2）及塔底（浓端）B（X1，Y1）;（1）稳定态，L、V、Y1、X2恒定，操作线在X～Y坐标上为一直线，斜率为L/V。L/V为吸收操作的液气比；*（5）平衡线与操作线共同决定吸收推动力。操作线离平衡线愈远吸收的推动力愈大；（4）吸收操作线在平衡线的上方，解吸操作线在平衡线OE下方。XABYK.YXX*Y**对于并流吸收V，Y2V，Y1L，X2L，X1V，YL，XVY+LX=VY2+LX2Y2Y1X2X1ABXY逆流与并流的比较：1）逆流推动力均匀，且2）Y1大，逆流时Y1与X1在塔底相遇有利于提高X1；X2小，逆流时Y2与X2在塔顶相遇有利于降低Y2。*二、吸收剂用量的确定液气比Y1L/VBB*最小液气比*1、最小液气比最小液气比定义：针对一定的分离任务，操作条件和吸收物系一定，塔内某截面吸收推动力为零，达到分离程度所需塔高无穷大时的液气比。用表示。最小液气比的计算(1)平衡曲线一般情况X*1——与Y1相平衡的液相组成。*平衡关系符合亨利定律时：(2)平衡曲线为凸形曲线情况*2、操作液气比*例：空气与氨的混合气体，总压为101.33kPa，其中氨的分压为1333Pa，用20℃的水吸收混合气中的氨，要求氨的回收率为99%，每小时的处理量为1000kg空气。物系的平衡关系列于本例附表中，若吸收剂用量取最小用量的2.0倍，试求每小时送入塔内的水量。溶液浓度(gNH3/100gH2O)2氨气分压Pa1600*分析：求水量吸收剂用量L求Lmin已知L/Lmin平衡常数解：1）平衡关系*2）最小吸收剂用量：其中：*3）每小时用水量*【例】含SO2的混合气体送入填料吸收塔中，用清水洗涤以除去其中的SO2。吸收塔的操作温度为20℃，压力为101.3kPa。混合气的流量为1000m3/h，其中含SO2体积百分数为9%，要求SO2的回收率为90%。若吸收剂用量为理论最小用量的1.2倍，试计算：已知101.3kPa，20℃条件下SO2在水中的平衡数据与Y1相平衡的液相组成=0.0032（1）吸收剂用量及塔底吸收液的组成X1；*（2）当用含SO20.0003（摩尔比）的水溶液作吸收剂时，保持二氧化硫回收率不变，吸收剂用量比原情况增加还是减少？塔底吸收液组成变为多少？*三、塔径的计算—空塔气速在吸收过程中，溶质不断进入液相，混合气体量由塔底至塔顶逐渐减小，计算时一般应以塔底的气量为依据。计算塔径的关键在于确定适宜的空塔气速。该问题将会在课程设计中遇到。*四、填料层高度的计算1、填料层高度的基本计算式填料层体积取决于完成规定任务所需要的总传质面积和每立方米填料层所能提供的气液有效接触面积。总传质面积应等于塔的吸收负荷（单位时间内的传质量，kmol/s）与塔内传质速率(单位时间内单位气液接触面积上的传质量，kmol/m2·s)的比值。*对组分A作物料衡算单位时间内由气相转入液相的A的物质量为：ZYY+dYXX+dXZdZY2X2X1Y1VVLLa-有效比表面积，m2/m3-塔截面积，m2dA-微元填料层内的传质面积*微元填料层内的吸收速率方程式为：*由此得到填料层高度计算的基本关系式为：气相总体积吸收系数及液相总体积吸收系数物理意义：在推动力为一个单位的情况下，单位时间单位体积填料层内吸收的溶质量。其单位均为：kmol/m3·sa——有效比表面积，总小于填料层的比表面积，只有被液体膜层所覆盖的填料表面才能提供气液接触的有效面积；影响因素较多，难以测定。*的单位称为“气相总传质单元高度”，用表示：为无因次的数值，可理解为所需填料层高度为相当于HOG的倍数—称为“气相总传质单元数”用NOG表示。2、传质单元高度与传质单元数1）传质单元高度与传质单元数的概念可理解为由过程条件所决定的某种单元高度，*—液相总传质单元高度，m；—液相总传质单元数，无因次；依此类推，可以写出通式：填料层高度=传质单元高度传×传质单元数于是：同理：*—气相传质单元高度，m—气相传质单元数—液相传质单元高度，m—液相传质单元数于是可写出用膜吸收传质系数及其相应推动力表示时的填料层高度计算式：*2）传质单元高度的物理意义*可见：气体流经一段填料层前后的浓度变化恰等于此段填料层内以气相浓度差表示的总推动力的的平均值时，那么，这段填料层的高度就是一个气相总传质单元高度。*传质单元高度的意义:完成一个传质单元分离效果所需的填料层高度，反映了吸收设备效能的高低。传质单元高度影响因素：填料性能、流动状况传质单元高度变化范围：0.2～1.5m。体积总传质系数与传质单元高度的关系:*传质单元数的意义：反映了取得一定吸收效果的难易程度。结论：吸收过程的传质阻力越大，填料层的有效比面积越小，每个传质单元所相当的填料层高度越大。传质单元数反映吸收过程的难度，任务所要求的气体浓度变化越大，过程的平均推动力越小，则意味着过程难度越大，此时所需的传质单元数越大。*1）平衡线为直线时a）脱吸因数法平衡关系用直线表示时，平衡线为直线时对数平均推动力法脱吸因数法平衡线为曲线时图解积分法近似梯级法3、传质单元数的求法*令将代入*——脱吸因数。平衡线斜率和操作线斜率的比值无因次。S愈大，脱吸愈易进行。——吸收因数*注意：图的适用范围为>20及S<0.75。*讨论：m、Y1、X2、S一定时：(1)的意义：反映了A吸收率的高低。(2)参数S的意义：反映了吸收过程推动力的大小，其值为平衡线斜率与吸收操作线斜率的比值。*(3)对于一固定的吸收塔来说，当NOG已确定时，S值越小，愈大，愈能提高吸收的程度。减小S增大液气比吸收剂用量增大，能耗加大，吸收液浓度降低适宜的S值：(5)(4)*b）对数平均推动力法吸收的操作线为直线，当平衡线也为直线时将上式代入*简化可得:其中：——塔顶与塔底两截面上吸收推动力的对数均值，称为对数平均推动力。*注意：1）平均推动力法适用于平衡线为直线，逆流、并流吸收皆可。2）平衡线与操作线平行时，3）当、时，对数平均推动力可用算术平均推动力。*同理可导出如下传质单元数的计算式：*例：某生产车间使用一填料塔，用清水逆流吸收混合气中有害组分A，已知操作条件下，气相总传质单元高度为1.5m，进料混合气组成为0.04（组分的Amol分率，下同），出塔尾气组成为0.0053，出塔水溶液浓度为0.0128，操作条件下的平衡关系为Y=2.5X（X、Y均为摩尔比），试求：1）L/V为(L/V)min的多少倍？2）所需填料层高度。3）若气液流量和初始组成均不变，要求最终的尾气排放浓度降至0.0033，求此时所需填料层高度为若干米？*解：1）L/V为(L/V)min的倍数*2）所需填料层高度脱吸因数法*对数平均推动力法**3）尾气浓度下降后所需的填料层高度尾气浓度*2）平衡线不为直线图解积分法的步骤如下：①由平衡线和操作线求出若干个点（Y，Y－Y*）；②在Y2到Y1范围内作Y1/（Y－Y*）曲线；③在Y2与Y1之间，Y1/（Y－Y*）曲线和横坐标所包围的面积为传质单元数。当平衡线为曲线时，传质单元数一般用图解积分法求取。a）图解积分法*AA*YY*X【具体方法】1、分别作出平衡线和操作线；2、在Y2和Y1间去若干个Y值，读出相应的推动力Y-Y*；3、计算出个对应的1/(Y-Y*)；4、以Y为横坐标，1/(Y-Y*)为纵坐标作图（曲线）；5、确定由Y=Y2、Y=Y1与1/(Y-Y*)=0及曲线包围的面积。12345YY-Y*1/(Y-Y*)*b）近似梯级法—Baker图解法MM’M1F1F*分析梯级TF1F在梯级T*A*FT中，——平均推动力*【例】在一塔径为0.8m的填料塔内，用清水逆流吸收空气中的氨，要求氨的吸收率为99.5%。已知空气和氨的混合气质量流量为1400kg/h，气体总压为101.3kPa，其中氨的分压为1.333kPa。若实际吸收剂用量为最小用量的1.4倍，操作温度（293K）下的气液相平衡关系为Y*=0.75X，气相总体积吸收系数为0.088kmol/(m3·s)，试求（1）每小时用水量；（2）用平均推动力法求出所需填料层高度。*【解】（1）依题意知：因混合气中氨含量很少，故*据实际吸收剂用量L=1.4Lmin=1.4×35.6=49.8（kmol/h）（2）据物料衡算式：G（Y1－Y2）=L（X1－X2）**（一）问题的提出吸收塔操作型计算的典型提法是：（1）对一给定吸收塔，在一组工艺条件下，计算该吸收塔的气、液相出口浓度——核算与预测（2）或者对一给定吸收塔，寻求改善吸收效果的途径——调节问题五、吸收的操作型计算*前一种提法是吸收结果核算或预测问题，后一种提法是吸收塔的调节问题。二者都属于操作型计算问题。这种计算的依据仍然是上一讲开始提到的方程组，即：操作线方程：相平衡关系：填料层高度基本方程：（1）（2）（3）*操作型计算属于定解问题，原则上可通过联立求解上面方程组得到气、液相出塔浓度和。但往往由于变量间的非线性关系，难以直接求解，而采用试差或迭代法求解。对上述第一种提法的问题可以按下面的步骤试差或迭代求解。*（1）（2）（3）当然，在有些情况下，由于关系式比较简单，可以直接求解而无需试差。*（二）吸收塔的调节吸收塔的调节是通过改变或保持某些参数，达到改变或维持吸收效果的目的。吸收效果往往以吸收率或气相出口浓度表征。吸收操作中的气体入塔条件由工艺要求给定，这样为保证气体出口质量（）要求，只能通过调节入塔吸收剂的有关参数，如流量、温度或浓度等来达到。由于一个完整的吸收过程往往包括吸收与解吸操作，因而进入吸收塔吸收剂的各参数调节是一个需要综合考虑的问题。*例：某吸收塔在101.3kPa，293K下用清水逆流吸收丙酮空气混合物中的丙酮，操作液气比为2.1时，丙酮回收率可达95%。已知物系的浓度较低，丙酮在两相间的平衡关系为y=1.18x，吸收过程为气膜控制，总传质系数Kya与气体流率的0.8次方成正比，1）今气体流率增加20%，而流体及气液进出口组成不变，试求：a）丙酮的回收率有何变化？b）单位时间内被吸收的丙酮量增加多少？*2）若气体流率，气液进出口组成，吸收塔的操作温度和压强皆不变，欲将丙酮回收率由原来95%的提高至98%，吸收剂用量应增加到原用量的多少倍？思路：1）已知L/V、m、吸收率脱吸因数法求NOGV改变HOG变塔高不变求N’OG脱吸因数法求改变后的吸收率2）V不变脱吸因数法求改变后的S求LNOG不变Z不变*解：求原有条件下的传质单元数NOG其中：*当时，1）气体流量增加20%时的操作效果**在单位时间内，气量提高后的丙酮回收量之比为：2）当吸收率由95%提高至98%，由于气体流率没变，因此对于气膜控制的吸收过程HOG不变，塔高是一定的，故NOG仍为5.097*用试差法求解故液气比应提高到：吸收剂用量应增至：*六、吸收过程的强化提高吸收过程的推动力；目标降低吸收过程的阻力。*（2）提高吸收剂的流量；2.降低吸收过程的传质阻力（1）提高流体流动的湍动程度；（2）改善填料的性能。（3）吸收过程为气膜控制时，降低吸收剂入口温度；（4）降低吸收剂入口溶质的浓度；（5）吸收过程为气膜控制时，提高吸收的压力。1.提高吸收过程的推动力（1）逆流操作比并流操作的推动力大；*第五章吸收一、流程二、计算第六节脱吸*1、流程——吸收的逆过程2、计算1）操作线与吸收的区别与联系位置——平衡线下方最小蒸汽用量*2）传质单元数的计算例：由石蜡系碳氢化合物（分子量113）与另一不挥发的有机溶剂（分子量135）组成的溶液，其中碳氢化合物的质量百分数为4%，要在100℃及101.33下用过热水蒸汽进行脱吸，使脱吸后溶液中残存的浓度在0.2%以内，若溶液通过塔内的摩尔流率为50kmol/(m2.h)（以纯有机剂计）。水蒸气用量为最小用量的2倍，所用填料在操作条件下吸收系数*，试求所需填料层高度。已知物系的平衡关系为：解：进塔溶液浓度脱吸后溶液浓度以单位塔截面积为基准，在最小蒸汽用量下对全塔的溶质作物料衡算：*其中：将各已知数值代入，得：*用对数平均推动力求NOG*